Потери и коэффициент полезного действия трансформатора

В процессе работы трансформатора под нагрузкой часть активной мощности Р₁, поступающей в первичную обмотку из сети, рассеивается в трансформаторе на покрытие потерь. В итоге активная мощность Р ₂,поступающая в нагрузку, оказывается меньше мощности Р ₁на величину суммарных потерь в трансформаторе ∆ Р _∑:

Р ₁= Р ₂+∆ Р _∑ (1.42)

В трансформаторе есть два вида потерь – магнитные и электрические.

Магнитные потери (∆ Р _м) в стальном магнитопроводе, по которому замыкается переменный магнитный поток Ф, складываются из потерь на гистерезис ∆ Р _гвихревые токи ∆ Р _вх:

∆ Р _м=∆ Р _г + ∆ Р _вх (1.43)

Магнитные потери прямо пропорциональны массе магнитопровода и квадрату магнитной индукции в нем. Они также зависят от свойств стали, из которой изготовлен магнитопровод. Уменьшению потерь на гистерезис способствует изготовление магнитопровода из ферромагнитных материалов (электротехнической стали или сплава типа пермаллой), обладающих небольшой коэрцитивной силой (узкой петлёй гистерезиса). Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод изготавливают шихтованным (из тонких пластин текстурованной электротехнической стали, изолированных друг от друга тонким слоем лака или оксидной пленкой) или витым из стальной ленты. Магнитные потери зависят также и от частоты f переменного тока: с увеличением частоты магнитные потери возрастают за счет потерь на гистерезис ∆ Р _г,и вихревые токи ∆Р _вх.

Ранее было установлено, что основной магнитный поток в магнитопроводе не зависит от нагрузки трансформатора см. п. 1.5.2, поэтому при изменениях нагрузки магнитные потери остаются практически неизменными и являются постоянными.

Электрические потери – это потери в обмотках трансформатора, обусловленные нагревом обмоток токами, проходящими по ним.

(1.44)

Электрические потери являются переменными, так как их величина пропорциональна квадрату токов в обмотках. Электрические потери при любом токе нагрузки трансформатора:

, (1.45)

где электрические потери при номинальном токе нагрузки, –

коэффициент нагрузки, характеризует степень нагрузки трансформатора.

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора представляет собой отношение активных мощностей на его выходе и входе:

(1.46)

Активная мощность на выходе трансформатора:

(1.47)

где – номинальная мощность трансформатора; – коэффициент мощности нагрузки.

Учитывая (1.45), (1.46) и (1.47), получим формулу КПД трансформатора, удобную для практических расчетов:

(1.48)

Рис. 1.20. Зависимость η= f (β) при cosφ₂=0 (график–1) и cosφ₂<0 (график–2)

Таким образом, КПД трансформаторов зависит от величины нагрузки и от ее характера cosφ₂. Графически зависимость η= f (β) представлена на рис. 1.20.

Максимальное значение КПД соответствует нагрузке , при которой электрические потери равны магнитным ().

Номинальное значение КПД тем выше, чем больше номинальная мощность трансформатора . Например:

У более мощных трансформаторов КПД может достигать 0.98–0.99.

Дата добавления: 2014-01-20